JP3123493U - 発電実験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】理科実験等において電磁誘導の法則による発電原理を理解するために，定量的な測定を可能とした発電原理実験装置の提供。
【解決手段】本考案は，回転体であるぶんぶんごまの中心から対称な位置に同一磁力の磁石を固着または埋設し，コイルの近傍で回転させることで起電力を得るものである。磁力の異なる磁石および巻数の異なるコイルを複数個備え，回転体の回転数を変化させることで「誘導起電力の大きさはコイルを貫く磁束の時間変化に比例する」という電磁誘導の法則を定量的に理解することができる。
【選択図】図１

Description

本考案は教育実験等において，電磁誘導の法則による発電を説明するために用いられる発電原理実験装置に関する。

電磁誘導の法則を説明する実験装置として，図４に示す発電原理実験装置が知られている。

これはコイルケース４１を手でつかみ，傾けたり左右に振ることで透明パイプ４２の中の磁石２を滑らせ，コイル４中を通過させることによって磁束の変化をもたらし，コイル４の両端に発生する起電力によって発光ダイオード５を点灯し，発電を目視観察するものである。

また図５に示すように磁石２を回転体１に固着または埋設し，コイル４の近傍で回転させることによってコイル４を貫く磁束を変化させ，発光ダイオード５を点灯し，発電を目視観察する本考案人による実験装置も知られている。

図４に示すような実験装置では，コイルケース４１と透明パイプ４２が固着されており，電磁誘導の法則の一つである「コイルの巻数を増やすほど起電力は大きくなる」ことを検証できない。

さらに電圧や電流を定量的に測定する手段を持たないという欠点があった。

コイル４中の磁束の時間的変化率を大きくするには，透明パイプ４２の中の磁石２を素早く滑らすことが必要であるが，おのずと限界があるので，それを補うために磁力の大きなアルニコ磁石等の高価な磁石を用意しなければならず，多人数の理科実験等において数量を確保することが困難であった。

また図５に示すような実験装置では，コイル４の巻数を変化させることは可能ではあるが簡便ではなく，またコイル４に発生する電圧や電流を定量的に測定することは困難であった。

本考案の目的は，理科実験等において電磁誘導の法則による発電原理を定性的な観察だけではなく，定量的な測定を可能にすることによって，生徒から学生まで幅広い層の理解に供することにある。

電磁誘導の法則を演示する実験装置であって，回転体に同一磁力の磁石一個または複数個を固着または埋設し，回転体をコイルの近傍で回転させて，電磁誘導の法則を演示することを特徴とする実験装置。

回転体は回転させるための回転機構を備え，かつ回転数を計測表示する手段を有することを特徴とする実験装置。

回転体を複数個備え，異なる回転体毎に異なる磁力の磁石からなることを特徴とする実験装置。

コイルケースは巻数の異なるコイルを複数個取り付けまたは交換可能とし，かつ回転体の回転位置を定めるための構造を有することを特徴とする実験装置。

コイルケースの取付け台に発光ダイオード，電流計，電圧計，オシロスコープ等の接続手段を有することを特徴とする実験装置。

本考案によれば電磁誘導の法則による発電原理を発光ダイオードを点灯させる定性的な観察だけではなく，電流計・電圧計・オシロスコープ等の計測器を接続して定量測定を可能にすることによって，生徒から学生まで幅広い層に理解を深めさせることができる。

電磁誘導の法則は「誘導起電力の大きさはコイルを貫く磁束の時間変化に比例する」であるが，回転体を高速回転させればさせるほど磁束の時間変化は大きくなり，回転数に対する誘導起電力の関係が測定により定量的に理解できる。

さらに磁力の大きな磁石を用いればコイルを貫く磁束の変化は大きくなり，磁力の大きさに対する誘導起電力の関係が測定により定量的に理解できる。

また「コイルの巻数を増やすほど誘導起電力は大きくなる」ことも，巻数の異なるコイルを複数個用意することで，コイルの巻き数に対する誘導起電力の関係が測定により定量的に理解できる。

本考案の発電実験装置は，回転体を実験者自らが回すことで体感を通して楽しく発電原理を理解できる効果がある。

以下，図１〜図５を参照して本考案の実施の形態を説明する。

電磁誘導の法則は，コイルと磁石の相対的な運動によりコイルを貫く磁束を時間変化させ，コイルの両端に起電力を生じさせるという発電原理を表している。

この発電原理を説明する装置として従来は図４に示す実験装置があった。

コイル４の中心軸方向に磁石２を通過させることによってコイルを貫く磁束の時間変化を得たのである。

図３は本考案の基本原理を説明する図である。

本考案においては図３に示すように静止したコイル４の中心軸を横切るように磁石２を回転させてコイル４を貫く磁束を時間変化させ，コイル４の両端７ａと７ｂの間に起電力を生じさせることを特徴としている。

図５は上述の基本原理を具体化させた本考案人による従来の実験装置であるが「考案が解決しようとする課題」の項で述べた定量測定が困難であるという欠点を持つ。

図１は上述の欠点を改良し，発電原理を説明するための本考案による発電実験装置の一実施の形態を示す図である。

１は軽量かつ堅牢な材質でできた回転体である。

２は同一磁力の磁石であり，回転体１の中心から対称な位置に固着してあるか回転体１をくり貫いて埋設してある。

３はタコ糸等のひもからなり，回転体１の中心に対称な二つの貫通孔を通して結束し，一つの環を形成している。

実験者はひも３で形成された環の両端に指を通してひも３を引っ張り回転体１を対向する両手を軸として回転させ，ひも３に撚りを与える。

その後，両手を左右に引いたり緩めたりすることで，ひも３の撚りを増減し回転体１に回転力を与える。

この動作により，回転体１に固着または埋設した磁石２は回転体１の中心を回転軸として高速回転することとなる。

回転体１を回転させる手段として，上述以外の手動または電動の回転機構を備えることも可能である。

４はコイルであり，巻数の異なるものを複数個用意し，コイルケース４１に取り付け交換ができる。

６はコイルケース取付け台であり，コイルケース４１を固定する機構を持ち，コイル４の両端と発光ダイオード５または計測器を接続する端子７ａおよび７ｂを備えている。

８は回転体位置決め板であり，定量測定する際に固定パラメータとなるコイル４と回転体１の距離を一定に保つ働きをする。

９はゴム足であり，コイルケース取付け台６を実験机等に保持する。

上述したように図１に示した実験装置を用いれば，コイル４の近傍で磁石２を固着または埋設した回転体１を回転させることにより，電磁誘導の法則による発電原理を定量的に説明することができる。

図２は回転体１の回転数を計測表示する手段の一例である。

１０は回転数表示パターンであり，レコードのターンテーブル回転数調整のストロボスコープを応用している。

回転数を測定する手段として上述以外に，機械的または電気的な測定手段を備えてもよい。

本考案による発電実験装置の一実施の形態を示す図。 本考案による回転体の回転数を測定する手段の一例を示す図。 本考案の基本原理を説明する図。 発電原理実験装置の他の例を示す図。 本考案人による従来の実験装置を示す図。

符号の説明

１ 回転体
２ 磁石
３ ひも
４ コイル
５ 発光ダイオード
６ コイルケース取付け台
７ａ 端子
７ｂ 端子
８ 回転体位置決め板
９ ゴム足
１０ 回転数表示パターン
４１ コイルケース
４２ 透明パイプ
４３ 蓋

Claims (5)

1. 電磁誘導の法則を演示する実験装置であって，回転体に同一磁力の磁石一個または複数個を固着または埋設し，前記回転体をコイルの近傍で回転させて，前記電磁誘導の法則を演示することを特徴とする実験装置。
2. 前記回転体は回転させるための回転機構を備え，かつ回転数を計測表示する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の実験装置。
3. 前記回転体を複数個備え，異なる前期回転体毎に異なる磁力の前記磁石からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の実験装置。
4. 前記コイルのコイルケースは巻数の異なる前記コイルを複数個取り付けまたは交換可能とし，かつ前記回転体の回転位置を定めるための構造を有することを特徴とする請求項１，請求項２および請求項３のいずれか一項に記載の実験装置。
5. 前記コイルケースのコイルケース取付け台に発光ダイオード，電流計，電圧計，オシロスコープ等の接続手段を有することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３および請求項４のいずれか一項に記載の実験装置。

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